Étude de la Structure-Fonction du Prosegment et du domaine CHRD de la PCSK9 humaine

L’excès des particules de LDL dans le sang constitue un facteur de risque majeur dans le développement des maladies cardiovasculaires. Dans ce contexte, nous étudions la protéine PCSK9 qui favorise directement ce facteur de risque. Cette protéine est sécrétée en majorité au niveau du foie par les hépatocytes et possède la capacité de reconnaître et de lier le récepteur LDLR. Le rôle premier de ce dernier est d’éliminer les particules de LDL circulant dans le plasma. Ainsi, lorsque la PCSK9 forme un complexe avec le LDLR et l’amène à la dégradation, la conséquence directe de la diminution des ces récepteurs est une accumulation malsaine des particules LDL dans le plasma. L’importante implication de la PCSK9 dans le métabolisme des lipides nous a menés vers des recherches de caractérisation de cette protéine ainsi que dans l’étude de son mode d’action. La PCSK9 est composée de trois domaines et notre intérêt s’est porté sur l’étude structure-fonction des deux domaines dont la fonction était inconnue, soit le domaine en N-terminal : le prodomaine et de son domaine en C-terminal : CHRD. Le premier article présenté dans cette thèse révèle l’importance d’une région acide (acide aminés 33-58) régulatrice de l’activité de la PCSK9 localisée en N-terminal du prodomaine ainsi que l’effet du pH acide, équivalent à celui des endosomes tardifs, qui accroît la capacité de la PCSK9 à induire la dégradation du LDLR. Le deuxième article dissèque davantage la structure de la PCSK9 et met en lumière la différence des prérequis structurels de la région ‘’Hinge’’ ainsi que du module M2, composant du domaine CHRD, dans la voie intracellulaire et la voie extracellulaire d’activité de la PCSK9. La mutation R434W localisée dans la région ‘’Hinge’’ résulte dans une inhibition totale de l’activité intracellulaire de la PCSK9 tandis que son activité extracellulaire est réduite à ~70%. Contrairement, la perte du module M2 du domaine CHRD est bien tolérée par la PCSK9 lors de son activité intracellulaire mais totalement inhibitrice pour son activité extracellulaire. Le troisième article se distingue en présentant une nouvelle stratégie d’inhibition de l’activité de la PCSK9 en utilisant une chimère composée de la fraction Fc de l’immunoglobuline IgG1 humaine couplée avec le prodomaine de la PCSK9. La protéine fusion Fcpro lie directement la PCSK9, crée un encombrement structurel qui résulte dans une régulation négative l’activité de la PCSK9. En résumé, nous présentons dans cette thèse, trois manuscrits qui apportent une contribution à la connaissance des composantes structurelles de la PCSK9 et leur implication dans le rôle de la protéine en tant que régulateur négatif du LDLR.

Structural aspects of activation pathways of aspartic protease zymogens and viral 3C protease precursors

The three-dimensional structures of the inactive protein precursors (zymogens) of the serine, cysteine, aspartic, and metalloprotease classes of proteolytic enzymes are known. Comparisons of these structures with those of the mature, active proteases reveal that, in general, the preformed, active conformations of the residues involved in catalysis are rendered sterically inaccessible to substrates by the residues of the zymogens’ N-terminal extensions or prosegments. The prosegments interact in nonsubstrate-like fashions with the residues of the active sites in most of the cases. The gastric aspartic proteases have a well-characterized zymogen conversion pathway. Structures of human progastricsin, the inactive intermediate 2, and active human pepsin are known and have been used to define the conversion pathway. The structure of the zymogen precursor of plasmepsin II, the malarial aspartic protease, shows a new twist on the mode of inactivation used by the gastric zymogens. The prosegment of proplasmepsin disrupts the active conformation of the two catalytic aspartic acid residues by inducing a major reorientation of the two domains of the mature protease. The picornaviral 2A and 3C proteases have a chymotrypsin-like tertiary structure but with a cysteine nucleophile. These enzymes cleave themselves from the viral polyprotein in cis (intramolecular cleavage) and carry out trans cleavages of other scissile peptides important for the virus life cycle. Although the structure of the precursor viral polyprotein is unknown, it probably resembles the organization of the proenzymes of the bacterial serine proteases, subtilisin, and α-lytic protease. Cleavage of the prosegment is known to occur in cis for these precursor molecules.

Secretory granule targeting of atrial natriuretic peptide correlates with its calcium-mediated aggregation.

Atrial natriuretic peptide (ANP) is a 28-aa peptide hormone secreted predominantly from atrial cardiocytes. ANP is first synthesized in the form of a 126-aa precursor (proANP) which is targeted to dense core granules of the regulated secretory pathway. ProANP is stored until the cell receives a signal that triggers the processing and release of the mature peptide (regulated secretion). Various models have been proposed to explain the targeting of selected proteins to the regulated secretory pathway, including specific "sorting receptors" and calcium-mediated aggregation. As potential calcium binding regions had previously been reported in the profragment of ANP, the current study was undertaken in an effort to determine the relationship between the ability of ANP to enter the regulated secretory pathway and its calcium-mediated aggregation. Deletion and site-directed mutagenesis of selected regions of the prosegment demonstrates that acidic amino acids at positions 23 and 24 are critical for both regulated secretion of proANP from transfected AtT-20 cells and calcium-mediated aggregation of purified recombinant proANP in vitro. These results demonstrate that the ability of certain proteins to enter secretory granules is directly linked to their calcium-mediated aggregation.

cDNA structure, tissue distribution, and chromosomal localization of rat PC7, a novel mammalian proprotein convertase closest to yeast kexin-like proteinases.

By using reverse transcription-coupled PCR on rat anterior pituitary RNA, we isolated a 285-bp cDNA coding for a novel subtilisin/kexin-like protein convertase (PC), called rat (r) PC7. By screening rat spleen and PC12 cell lambda gt11 cDNA libraries, we obtained a composite 3.5-kb full-length cDNA sequence of rPC7. The open reading frame codes for a prepro-PC with a 36-amino acid signal peptide, a 104-amino acid prosegment ending with a cleavable RAKR sequence, and a 747-amino acid type I membrane-bound glycoprotein, representing the mature form of this serine proteinase. Phylogenetic analysis suggests that PC7 represents the most divergent enzyme of the mammalian convertase family and that it is the closest member to the yeast convertases krp and kexin. Northern blot analyses demonstrated a widespread expression with the richest source of rPC7 mRNA being the colon and lymphoid-associated tissues. In situ hybridization revealed a distinctive tissue distribution that sometimes overlaps with that of furin, suggesting that PC7 has widespread proteolytic functions. The gene for PC7 (Pcsk7) was mapped to mouse chromosome 9 by linkage analysis of an interspecific backcross DNA panel.

Inhibition cellulaire de la proprotéine convertase 1 et activité des proprotéines convertases dans le réticulum endoplasmique

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Inhibition cellulaire de la proprotéine convertase 1 et activité des proprotéines convertases dans le réticulum endoplasmique

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.